钢结构的设计方法

钢结构专业课件1.结构设计的目的与功能要求

结构设计的目的是使所设计的结构满足各种预定的功能要求。

这预定的功能是指：①安全性结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载及其它作用(如温度变化、基础不均沉降等)；在偶然事件（如地震）发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。②适用性结构在正常使用时应具有良好的工作性能，满足预定的使用要求，例如不产生影响正常使用的过大变形等。③耐久性结构在正常的维护下，应随时间的变化仍能满足预定的功能要求，例如不发生严重侵蚀而影响结构的使用寿命等。钢结构设计的目的与功能要求安全性、耐久性、耐久性统称结构的可靠性2.钢结构设计的主要内容1）根据建筑物的使用要求、具体条件和方案设计中已确定的内容，进行结构选型和结构布置，做到技术先进、经济合理、安全适用和确保质量；2）确定选用的钢材牌号；3）建立结构计算简图，确定其所受的各类荷载；4）按不同荷载分别进行结构内力分析，进行内力组合，确定各个构件在最不利组合下产生的最大内力；5）进行各构件的截面设计；6）进行构件相互间的连接设计；7）绘制结构设计图纸。钢结构设计的目的与功能要求钢结构专业课件1.极限状态设计法当以整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态，按此状态进行设计的方法称极限状态设计法。极限状态设计法分为：三系数极限状态设计法半概率极限状态设计法概率极限状态设计法极限状态设计法2.三系数极限状态设计法从1957年开始，我国采用了前苏联提出的三系数极限状态设计法。它的特点是明确提出了两种极限状态（承载力极限状态和变形极限状态）的概念。对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一的安全系数，而采用多系数表达。①荷载的超载系数②工作条件系数③材料匀质系数极限状态设计法3.半概率极限状态设计法自1975年起，我国试行《钢结构设计规范》(TJ17-74)，规范中采用对承载力极限状态进行多系数分析，而后用单一安全系数表达的容许应力法，表达式和传统容许应力法基本相同；但安全系数的确定是对影响结构安全的诸因素采用数理统计的方法，并结合我国工程实践的经验进行多系数分析后，综合求出的单一安全系数，实质上是半概率半经验的极限状态设计法。极限状态设计法4.概率极限状态设计法自1989年7月起，我国开始施行《钢结构设计规范》GBJ17-88。其设计方法采用概率极限状态法。概率极限状态法是将影响结构功能的诸因素（荷载效应，材料抗力等）作为随机变量，运用概率分析法并考虑其变异性来确定设计值；这样对所设计的结构的功能也只作出了一定的概率保证，即认为任何设计都不能保证绝对安全，而是存在一定风险。但是，只要其失效概率小到人们可以接受的程度，便可认为所设计的结构是安全可靠的。极限状态设计法钢结构专业课件第一阶段传统的容许应力法（20世纪初到1957年）我国目前采用的方法1.我国钢结构设计方法发展的四个阶段第二阶段三系数极限状态设计法（1957-1974年）第三阶段半概率极限状态设计法（1975-1988年）第四阶段概率极限状态设计法（1989-至今）2.我国目前采用的方法——概率极限状态设计法

概率极限状态法是将影响结构功能的诸因素（荷载效应，材料抗力等）作为随机变量，运用概率分析法并考虑其变异性来确定设计值；这样对所设计的结构的功能也只作出了一定的概率保证，即认为任何设计都不能保证绝对安全，而是存在一定风险。但是，只要其失效概率小到人们可以接受的程度，便可认为所设计的结构是安全可靠的。极限状态设计法

①可靠概率、失效概率结构的可靠性（安全性、适用性、耐久性）用“可靠度”来衡量，它的定义是：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度，或称为可靠概率。反之，结构不能完成预定功能的概率，称为失效概率。极限状态设计法（1）可靠概率、失效概率与可靠指标②可靠指标度量结构可靠性的一种数量指标，可靠指标的数值与失效概率在进行极限状态设计时是一一对应的。

结构构件承载力极限状态设计时可靠指标值和失效概率值

极限状态设计法

（2）概率极限状态法与计算表达式极限状态设计法

结构的极限状态：系指结构或构件能满足设计规定的某一功能要求的临界状态，超过这一状态，结构或构件不再能满足设计要求。结构的极限状态可为下列两类：1）承载力极限状态2）正常使用极限状态1）承载力极限状态极限状态设计法①概念

承载力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适合于继续承载的变形。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载力极限状态：a整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如结构发生倾覆等；b结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不适于继续承载；c结构转变为机动体系；d结构或构件丧失稳定，如压杆弯曲等。极限状态设计法基本表达式：γ0S≤R

γ0—结构构件的重要性系数

S—内力组合设计值，载力极限状态采用荷载效应的基本组合（永久荷载与可变荷载设计值效应的组合）进行设计。R—按材料强度设计值（强度标准值除以抗力分项系数）算得的结构构件抗力设计值

R=RK/γR

②承载力极限状态设计表达式极限状态设计法具体表达式：（选以下组合值中最不利值确定）由可变荷载控制的组合：由永久荷载控制的组合：

②承载力极限状态设计表达式极限状态设计法

——结构构件的重要性系数，安全等级为一级、二级、三级时分别为1.1、1.0、0.9；

——永久荷载分项系数；——第一个、第i个可变荷载的分项系数；——第一个、第i个关于结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为5年、50年和100年时的分别为0.9、1.0、1.1；——按永久荷载标准值计算的荷载效应值；——按可变荷载标准值计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中起控制作用者；——可变荷载的组合值系数n——参与组合的可变荷载数

极限状态设计法

由可变荷载控制的组合：由永久荷载控制的组合：

备注：对于一般排架、框架结构，表达式可简化如下，且选以下组合值中最不利值确定2）正常使用极限状态极限状态设计法①概念

正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：a影响正常使用或外观的变形；b影响正常使用或耐久性的局部损坏（包括裂缝）；c影响正常使用的震动；d影响正常使用的其他特定状态。

②正常使用极限状态设计表达式极限状态设计法对于正常使用极限状态，在设计中主要是控制结构或